(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給口及び排気口を備える反応処理室内において被加工基板に穴及び溝並びにビアホールの少なくとも１つの深さ方向のドライエッチングを施すドライエッチング方法であって、
被加工基板を前記反応処理室内に設置し、前記供給口を介して前記反応処理室内にエッチングガスと保護膜形成ガスとを択一的に供給するガス供給工程と、
前記ガス供給工程に並行して前記反応処理室内に高周波エネルギーを供給するエネルギー供給工程と、
前記ガス供給工程の開始時点から所定時間内においては前記反応処理室内の圧力に応じて排気口の開度を調整し、前記所定時間経過後に前記排気口の開度を一定にする排気口開度調整工程と、を有し、
前記ガス供給工程においては、前記エッチングガスの流量を６００ｓｃｃｍとし、前記保護膜生成ガスの流量を２５０ｓｃｃｍとすること、
前記排気口開度調整工程における前記所定時間は前記穴及び溝並びにビアホールの少なくとも１つの深さが３０μｍとなる時間であることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記エネルギー供給工程においては、前記エッチングガス供給時に前記高周波エネルギーを１８００Ｗ時とし、前記保護膜形成ガス供給時に１５００Ｗ時とすることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチングガスが六フッ化硫黄（ＳＦ6）であって、前記保護膜生成ガスが八フッ化シクロブタン（Ｃ4Ｆ8）であることを特徴とする請求項１又は２記載のいずれか１に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記ガス供給工程は、前記保護膜生成ガスの供給後であって、前記エッチングガスの供給までの間に、前記保護膜生成ガスにより形成された保護膜と反応する反応ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれか１に記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デイバスの製造工程におけるドライエッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、シリコン系材料からなる基板に深い穴及び溝（以下、トレンチと称する）並びにビアホールを形成するドライエッチングが従来から知れている。トレンチを形成するために、プラズマ発生源を有する装置を用いて、反応処理室内においてエッチング性ガスである六フッ化硫黄（以下、ＳＦ6と称する）と堆積性ガス（すなわち、保護膜生成ガス）である八フッ化シクロブタン（以下、Ｃ4Ｆ8と称する）を交互に切り替えて、エッチング及びデポジションを繰り返し行うドライエッチング方法が特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、ドライエッチングおいては、エッチング時の反応生成物が非エッチング面に堆積するブラックシリコン現象という問題点があった。特許文献２には、ブラックシリコン現象の発生及びその兆候を監視、且つ、ブラックシリコン現象の発生を防止することができるドライエッチング方法及びドライエッチング装置が特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３２７６０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から知られていたドライエッチング方法においては、チャンバ内圧力、電極温度、ガス流量、高周波電源電力、バックＨｅ圧力等の条件を変化させることで、エッチングの最適化を行っていた。例えば、ＳＦ6及びＣ4Ｆ8の流入時ごとに、高周波電源の電力を一定にすることで、形状の安定したトレンチ形成を図っていた。
【０００５】
しかしながら、ドライエッチングの処理時間が進むにつれて、チャンバ内の側壁に付着したデポ（すなわち、デポジション時に生成される中性粒子）からもＣ4Ｆ8が発生し、エッチング時においけるＳＦ6の供給時のエッチャント（すなわち、エッチング時に生成される中性粒子）が不足し、デポジション時におけるデポの量が通常よりも多くなり、トレンチ形状が不均一となる問題点があった。また、かかる状態においては、ブラックシリコン現象の発生につながる問題点もあった。
【０００６】
本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、ドライエッチングの処理時間が長時間に亘った場合においても、エッチャントとデポとのバランスを一定条件に保ちつつ、均一のトレンチ形状の形成及びブラックシリコン現象の発生防止を図ることができるドライエッチング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、供給口及び排気口を備える反応処理室内において被加工基板にドライエッチングを施すドライエッチング方法であって、前記供給口を介して前記反応処理室内にエッチングガスと保護膜形成ガスとを択一的に供給するガス供給工程と、前記ガス供給工程に並行して前記反応処理室内に高周波エネルギーを供給するエネルギー供給工程と、前記ガス供給工程の開始時点から所定時間内においては前記反応処理室内の圧力に応じて排気口の開度を調整し、前記所定時間経過後に前記排気口の開度を一定にする排気口開度調整工程と、を有することを特徴とするドライエッチング方法が提供される。
【０００８】
また、前記ガス供給工程においては、前記エッチングガスの流量を６００ｓｃｃｍとし、前記保護膜生成ガスの流量を２５０ｓｃｃｍと設定しても良い。更に、前記エネルギー供給工程においては、前記エッチングガス供給時に前記高周波エネルギーを１８００Ｗ時とし、前記保護膜形成ガス供給時に１５００Ｗ時としても良い。
【０００９】
また、前記エッチングガスが六フッ化硫黄（ＳＦ6）であって、前記保護膜生成ガスが八フッ化シクロブタン（Ｃ4Ｆ8）であっても良い。
【００１０】
また、前記ガス供給工程は、前記保護膜生成ガスの供給後であって、前記エッチングガスの供給までの間に、前記保護膜生成ガスにより形成された保護膜と反応する反応ガスを供給する工程を含んでいても良い。
【発明の効果】
【００１１】
エッチングガスと保護膜形成ガスとを反応処理室内で交互に切り替えて供給口を介して供給しつつ反応処理室内に高周波エネルギーを供給しドライエッチングをなし、当該ガス供給開始時点から所定時間内には反応処理室内の圧力に応じて当該反応処理室の排気口の開度を調整し、所定時間経過後に反応処理室内の排気口の開度を一定に調整する故、ドライエッチングの処理時間が長時間に亘った場合においても、エッチャントとデポとのバランスを一定条件に保ちつつ、均一のトレンチ形状の形成及びブラックシリコン現象の発生防止を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
先ず、図１を参照しつつ、本発明の実施例としてのドライエッチング方法に使用されるドライエッチング装置１０について詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すように、ドライエッチング装置１０は、プラズマ生成部１１、拡散部１２及び基板設置部１３からなる反応処理室１４を有している。プラズマ生成部１１に高周波エネルギーを供給するアンテナ１５がプラズマ生成部１１の周囲に配置され、アンテナ１５には高周波電源１６が接続されている。プラズマ生成部１１の上部には、供給口１７が設けられており、供給口１７には供給ライン１８を介して質量流量計を含む流量制御装置１９ａ〜１９ｃが接続されている。流量制御装置１９ａ〜１９ｃの各々には供給ガスとなるＳＦ6のガス源２０ａ、Ｃ4Ｆ8のガス源２０ｂ及びＨｅのガス源２０ｃが接続されている。
【００１５】
拡散部１２には、拡散部１２の内部の圧力を測定する圧力計２１が設けられている。圧力計２１には、後述するバルブの開度を調整するバルブ制御装置２２が接続されている。
【００１６】
基板設置部１３には排気口２３が設けられており、排気口２３には排気口２３の開度及び圧力調整用のバルブ２４が接続されている。また、バルブ２４の排気側には排気ライン２５介してターボ分子ポンプ２６が接続されている。更に、ターボ分子ポンプ２６の排気側には排気ライン２５を介してドライポンプ２７が接続されている。
【００１７】
また、基板設置部１３の下方には電極２８が設けられており、電極２８の上に基板を載置するための基板ホルダ２９が設けられている。また、電極２８には高周波電源３０が接続されている。
【００１８】
次に、上述したエッチング装置１０を使用したドライエッチング方法について詳細に説明する。
【００１９】
先ず、エッチング装置１０を準備し、基板設置部１３の側面に設けられた基板投入口（図示せず）からシリコン基板又はエピ基板と基板を挿入して基板ホルダ２９に配置する。なお、基板上には所望のトレンチ形状を形成するための、レジストマスクを形成しても良い。
【００２０】
次に、エッチングガスとして使用されるＳＦ6及びキャリアガスとして使用されるＨｅをプラズマ生成部１１に供給する。このとき、流量制御装置１９ａによってＳＦ6の流量を６００ｓｃｃｍに設定する望ましい。また、圧力計２１によって測定される圧力が約４パスカルとなることが望ましく、かかる圧力になるように流量制御装置１９ａ、１９ｃによって反応処理室１４内の圧力を制御しても良い。
【００２１】
次に、プラズマ生成部１１において、ＳＦ6の高密度プラズマを生成すべく、高周波電源１６からアンテナ１５を介して高周波エネルギーを供給する。このとき、高周波電源の電力値は１８００Ｗに設定することが望ましい。高周波エネルギーが供給されることによって生成されたＳＦ6の高密度プラズマは、電極２８に所定の電極が供給されていることによって（例えば、５０Ｗ）、基板が設置された基板ホルダ２９の方向に移動する。基板設置部１３に移動したＳＦ6の高密度プラズマは基板に接触して反応こととなる（すなわち、基板をエッチングする）。
【００２２】
基板設置部１３内の反応ガス又は未反応ガスは、ターボ分子ポンプ２６によってドライポンプ２７側に排気されることとなる。このとき、バルブ２４は圧力計２１の測定圧力に応じて、バルブ制御装置２２によってその開度が自在に調整される。すなわち、拡散部１２内の圧力値が変化すると、かかる圧力値を一定すべくバルブ２４の開度を調整して排気口２３の開度を調整することとする。
【００２３】
ＳＦ6を３．５秒間供給させた後、流量制御装置１９ａによってＳＦ6の供給を停止する。ＳＦ6の供給停止と同時に、流量制御装置１９ｂによって保護膜生成ガスとしてのＣ4Ｆ8を供給する。このとき、流量制御装置１９ｂによってＣ4Ｆ8の流量を２５０ｓｃｃｍに設定することが望ましい。また、圧力計２１によって測定される圧力が約２．５パスカルとなることが望ましく、かかる圧力になるように流量制御装置１９ａ、１９ｃによって反応処理室１４内の圧力を制御しても良い。
【００２４】
ＳＦ6に換えてＣ4Ｆ8をプラズマ生成部１１供給する場合には、高周波電源の電力値は１５００Ｗに設定することが望ましい。高周波エネルギーが供給されることによって生成されたＣ4Ｆ8の高密度プラズマは、基板が設置された基板ホルダ２９の方向に移動する。基板設置部１３に移動したＳＦ6の高密度プラズマは基板に接触して反応こととなる（すなわち、基板上に保護膜を生成する）。
【００２５】
なお、Ｃ4Ｆ8をプラズマ生成部１１に供給する場合においても、圧力計２１よって測定される圧力値が一定になるように、圧力値に応じてバルブ２４の開度を調整して排気口２３の開度を調整することとする。
【００２６】
Ｃ4Ｆ8を１．２秒間供給した後、流量制御装置１９ｂによってＣ4Ｆ8の供給を停止する。Ｃ4Ｆ8の供給停止と同時に再びＳＦ6を３．５秒間供給し、ＳＦ6の供給後に再びＣ4Ｆ8を１．２秒間供給する。かかるＳＦ6とＣ4Ｆ8とを択一的に供給を繰り返すことによって所望のトレンチ形状を形成する。
【００２７】
ここで、ドライエッチングの処理時間が長くなると、反応処理室１４内に付着したデポからＣ4Ｆ8が発生し、反応処理室１４内の圧力が高くなる。圧力変化に応じてバルブ２４の開度を調整するとＳＦ6の供給時にＳＦ6の供給量が減少しエッチャントの量が不足してしまう。そこで、以下のような処理を行う。
【００２８】
ＳＦ6とＣ4Ｆ8との供給を繰り返してエッチングを進め所定時間経過した後に、圧力計２１の圧力値に依存することなくバルブ２４を一定の開度に調整し、排気口２３の開度を一定にする。すなわち、排気口２３の開度は圧力計２１の圧力値に依存することなく、常に一定の開度となる。
【００２９】
ここで、排気口２３の開度調整を停止するタイミングは、トレンチの深さが３０μｍを超えた状態とすることが望ましい。従って、上述した所定時間とは、トレンチの深さが３０μｍを超える時間をあらかじめ算出又は測定して得られた時間とする。
【００３０】
上述しように、ドライエッチングの処理時間が所定時間を越える場合（すなわち、トレンチの深さが３０μｍ以上）に、バルブ２４の開度を常に一定にすることで、反応処理室１４内に付着したデポから発生するＣ4Ｆ8の量に伴う圧力変化に依存することなく、常に一定のＳＦ6を供給することができる。従って、トレンチ形状のばらつきを防ぐことが可能となる。
【００３１】
なお、ＳＦ6及びＣ4Ｆ8を供給する工程をガス供給工程と称し、高周波電源３０を使用して高周波エネルギーを供給する工程をエネルギー供給工程と称し、バルブ２４の開度を調整することで排気口２３の開度を圧力変化に依存させて調整又は圧力変化に依存することがなく調整する工程を排気口開度調整工程と称する。
【００３２】
次に、本発明の実施例としてのドライエッチング方法によって形成されたトレンチ形状について、図２（ａ）、（ｂ）を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
図２（ａ）に示されているように、基板４１の上面（すなわち、エッチング面）には、所定の厚みのピラー４２が形成されている。例えば、ピラー４２は図２（ａ）に示されているように、Ｕ字型形状に形成されても良い。また、ピラー４２は、レジストマスクに応じてその他の形状に形成されても良い。ピラー４２の高さは、ドライエッチングの処理時間に応じて高くなる。すなわち、基板４１のエッチング量が増加すると、ピラー４２の高さは高くなる。図２（ｂ）に示されているように、ピラー４２の側面はエッチングの進んでいる部分及び進んでいない部分とからなる波状に形成されている。以下、かかるピラー４２の側面の波状の形状をスキャロップと称する。
【００３４】
次に、ピラー４２の幅と圧力計２１の圧力値との関係について、図３を参照しつつ詳細に説明する。
【００３５】
図３に示されたグラフの横軸は圧力計２１の圧力値であり、縦軸は、ピラー４２の幅である。図３には、基板４１のエッチングされていない面から最も離れた部分であるピラー４２の上部３箇所（Ｐｉｌｌａｒ  ｔｏｐ[1]から[3]）及び基板４１のエッチングされていない面に最も隣接した部分であるピラー４２の底部３箇所（Ｐｉｌｌａｒ  ｂｏｔｔｏｍ[1]から[3]）の幅の変化を示している。図３に示されているように、圧力値が大きいとピラー４２の幅のばらつきが大きくなり、トレンチ形状がばらつくこととなる。一方で、圧力値が小さいとピラー４２の幅のばらつきが小さくなり、トレンチ形状のばらつきも小さくなる。すなわち、バルブ２４の開度を小さくするとトレンチ形状のばらつきが大きく、開度を大きくするとトレンチ形状のばらつきが小さくなる。従って、バルブ２４の開度を大きくし反応処理室１４内の圧力を低くすることが望ましい。
【００３６】
次に、ＳＦ6の供給時の高周波電源１６の設定電力とＣ4Ｆ8の供給時の高周波電源１６の設定電力との比率に対する残渣数、スキャロップ幅及びエッチングレートの関係を図４を参照しつつ詳細に説明する。
【００３７】
図４に示されたグラフの横軸はＳＦ6の供給時の高周波電源１６の設定電力とＣ4Ｆ8の供給時の高周波電源１６の設定電力との比率あり、縦軸は残渣数、スキャロップ幅（μｍ）及びエッチングレート（μｍ／ｍｉｎ）である。
【００３８】
図４に示されているように、エッチング時であるＳＦ6の供給時の高周波電源１６の設定電力を保護膜生成時であるＣ4Ｆ8の供給時の高周波電源１６の設定電力よりも高くすることで（すなわち、グラフの横軸が１．０より小さい場合）、エッチングレートを高く、残渣数を少なく、スキャロップ幅を大きくすることができる。一方で、エッチング時であるＳＦ6の供給時の高周波電源１６の設定電力を保護膜生成時であるＣ4Ｆ8の供給時の高周波電源１６の設定電力よりも低くすることで（すなわち、グラフの横軸が１．０より大きい場合）、エッチングレートを低く、残渣数を多く、スキャロップ幅を小さくすることができる。すなわち、ＳＦ6及びＣ4Ｆ8の供給量を変化させることなく、高周波電源１６の設定電力を調整することで、所望のスキャロップを形成することが可能となる。
【００３９】
なお、横軸が約１．１６以上の場合において残渣数が約１２５を超えてしまう。以下、かかる状態（すなわち、横軸が１．１６以上）を残渣大領域と称する。かかる残渣大領域においてドライエッチングを実施することがないように、高周波電源１６の設定電力を調整しても良い。
【００４０】
以上のように、本実施例によるドライエッチングの方法によれば、エッチングガスと保護膜形成ガスとを反応処理室内で交互に切り替えて供給しつつ反応処理室内に高周波エネルギーを供給して、当該ガス供給開始時点から所定時間内には反応処理室内の圧力に応じて排気口の開度を調整し、所定時間経過後に反応処理室内の排気口の開度を一定に調整する故、ドライエッチングの処理時間が長時間に亘った場合においても、エッチャントとデポとのバランスを一定条件に保ちつつ、均一のトレンチ形状の形成及びブラックシリコン現象の発生防止を図ることが可能となる。
【００４１】
なお、上述した実施例においては、ＳＦ6及びＣ4Ｆ8を反応ガスとして使用しているが、更に、Ｏ2を反応ガスとして使用しても良い。具体的には、Ｃ4Ｆ8を供給後からＳＦ6の供給までの間にＯ2を所定時間供給し、デポの除去を行っても良い。Ｏ2供給時の高周波電源の電圧設定を調整することによって、デポの除去効率を調整することができる。すなわち、Ｏ2供給時の高周波電源の電圧設定を高くするとデポの除去が容易となりエッチングが進み易くなる。一方で、Ｏ2供給時の高周波電源の電圧設定を低くすると、トレンチ形状の下部（すなわち、エッチングされていない基板面に隣接した部分）が細くなり、テーパー形状を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例としてのドライエッチング方法を実施するためドライエッチング装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例としてのドライエッチング方法によって形成されたトレンチ形状の斜視図であり、（ｂ）は図２（ａ）の破線部分の拡大図である。
【図３】本発明の実施例としてのドライエッチング方法によって形成されたピラー幅と圧力の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例としてのドライエッチング方法における高周波電源電力比に対する残渣数、スキャロップ及びエッチングレートの変動を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ドライエッチング装置
１４  反応処理室
１６  高周波電源
１７  供給口
２１  圧力計
２２  バルブ制御装置
２３  排気口
２４  バルブ
２６  ターボ分子ポンプ
２７  ドライポンプ
【図１】
0005305734.tif 000002
【図２】
0005305734.tif 000003
【図３】
0005305734.tif 000004
【図４】
0005305734.tif 000005